論盾構(gòu)施工穿越既有地鐵運(yùn)營線路的控制措施

雷 楊

（中鐵十八局第五工程有限公司 天津 300000）

1 前言

隨著城市地下軌道交通建設(shè)不斷發(fā)展和延伸，在城市中心及城區(qū)既有地鐵線路越來越密集，在地鐵施工中，不可避免的遇到盾構(gòu)機(jī)穿越既有地鐵線路問題，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，開挖區(qū)域及周邊土體發(fā)生變形，容易引起臨近建（構(gòu)）筑物的變形和破壞。在上跨臨近的地鐵線路結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過程監(jiān)測，保證既有線路的正常安全運(yùn)營是目的之一。充分挖掘盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)控制，達(dá)到開挖面土體穩(wěn)定的前提下保證既有線路的安全穩(wěn)定是重中之重。因此研究特殊困難條件下的盾構(gòu)穿越施工，對于目前城市軌道交通工程施工具有一定的指導(dǎo)意義。

2 工程概況

圖1 工程概況

中醫(yī)藥大學(xué)站～松花江街站區(qū)間西起中醫(yī)藥大學(xué)站，沿崇山東路向東，線路出中醫(yī)藥大學(xué)站后沿崇山東路東行，上跨2號線崇岐區(qū)間，側(cè)穿崇山路高架橋、東一環(huán)高架橋，下穿北塔橋橋樁后至松花江街站。設(shè)計(jì)右線全長1234.733；左線全長1235.045 m。區(qū)間隧道為標(biāo)準(zhǔn)單洞單線圓形斷面，盾構(gòu)法施工，線間距12～15 m，覆土厚度9.8～17.8m。中醫(yī)藥大學(xué)站～松花江街站區(qū)間自中醫(yī)藥大學(xué)站始發(fā)，左線始發(fā)約23 m左右開始上跨2號線崇岐區(qū)間右線人防段隧道，最小間距176 mm。始發(fā)約38 m開始上跨2號線崇岐區(qū)間左線人防段隧道，最小間距580mm。

既有崇岐區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)單洞單線馬蹄形斷面，采用礦山法施工，復(fù)合式襯砌，10號線區(qū)間上跨既有2號線區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)段及人防段；既有2號線區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)段二襯厚度350mm，初支250mm，人防段二襯500 mm，初支300mm；既有區(qū)間人防段與標(biāo)準(zhǔn)段間設(shè)變形縫，變形縫距離區(qū)間左線水平凈距約0.33m。

3 盾構(gòu)機(jī)選型及參數(shù)

圖2 盾構(gòu)主機(jī)示意圖

區(qū)間盾構(gòu)機(jī)選用日本JTSC（石川島）土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)盾體長度為9.98m（含刀盤長度）包括后配套總長65m，分為盾構(gòu)機(jī)主機(jī)和后配套設(shè)備兩大部分，后配套設(shè)備分別安裝在6節(jié)后續(xù)臺車上；刀盤開口率65 %，盾尾間隙25mm，最大掘進(jìn)速度為90mm/min，最大推力為40000 kN，額定扭矩為5236 kNm，脫困扭矩 6200 kNm。

4 盾構(gòu)機(jī)穿越過程的渣土改良措施

穿越段范圍內(nèi)主要地質(zhì)為<3-3>中粗砂，<3-4>礫砂，為避免掘進(jìn)時出現(xiàn)超挖、噴涌等不良工況，通過盾構(gòu)機(jī)渣土改良系統(tǒng)在倉隔板和刀盤注入泡沫溶液，避免刀具出現(xiàn)非正常磨損。在泡沫發(fā)生器工作的過程中，可以設(shè)定泡沫劑與水混合的比例，在正常掘進(jìn)狀態(tài)下，通常取值為3%。另外，當(dāng)泡沫劑改良效果達(dá)不到理想狀態(tài)時，可以通過膨潤土注入系統(tǒng)往刀盤前注入膨潤土泥漿，通過注入膨潤土泥漿和泡沫的混合材料進(jìn)行渣土改良，確保出土順暢，渣土和易性較好。

5 穿越期間的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制

5.1 姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)控可通過自動導(dǎo)向系統(tǒng)和人工測量復(fù)核進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測。自動導(dǎo)向系統(tǒng)配置了導(dǎo)向、自動定位、掘進(jìn)程序軟件和顯示器等，能夠全天候在盾構(gòu)機(jī)主控室動態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置與隧道設(shè)計(jì)軸線的偏差以及趨勢。隨著盾構(gòu)推進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)后視基準(zhǔn)點(diǎn)需要前移，必須通過人工測量來進(jìn)行精確定位。

5.2 調(diào)整與控制

表1 盾構(gòu)機(jī)選型及參數(shù)

表2 實(shí)際穿越期間掘進(jìn)技術(shù)參數(shù)匯總

盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整與控制便可通過分區(qū)調(diào)整推進(jìn)油缸壓力實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向調(diào)整與控制。

5.3 糾偏措施

（1）滾動糾偏

刀盤切削土體的扭矩主要是由盾構(gòu)殼體與洞壁之間形成的摩擦力矩來平衡，當(dāng)摩擦力矩?zé)o法平衡刀盤切削土體產(chǎn)生的扭矩時將引起盾構(gòu)本體的滾動。盾構(gòu)滾動偏差可通過轉(zhuǎn)換刀盤旋轉(zhuǎn)方向來實(shí)現(xiàn)。

（2）豎直方向糾偏

控制盾構(gòu)機(jī)方向的主要因素是千斤頂?shù)膯蝹?cè)推力，它與盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)變化量間的關(guān)系非常離散，需要靠人的經(jīng)驗(yàn)來掌握。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)下俯時，可加大下側(cè)千斤頂?shù)耐屏?，?dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)上仰時，可加大上側(cè)千斤頂?shù)耐屏磉M(jìn)行糾偏。同時還必須考慮到刀盤前面地質(zhì)因素的影響綜合來調(diào)節(jié)，從而到達(dá)一個比較理想的控制效果。在穿越期間，豎直控制在+10～+20mm之間。

（3）水平方向糾偏

與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時應(yīng)加大左側(cè)千斤頂?shù)耐七M(jìn)壓力，右偏時則應(yīng)加大右側(cè)千斤頂?shù)耐七M(jìn)壓力，并兼顧地質(zhì)因素。在穿越期間，水平控制在±0mm左右。

6 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)控制措施

①停機(jī)檢查、合理設(shè)置土壓力值，防止超挖和欠挖

為確保上跨既有區(qū)間的穩(wěn)定，在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入結(jié)構(gòu)范圍前10m，進(jìn)行停機(jī)檢查，確保盾構(gòu)機(jī)各部件能夠順利運(yùn)行并快速通過既有區(qū)間范圍，找出上述參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，科學(xué)合理地設(shè)置土壓力值及相宜的推進(jìn)速度等參數(shù)，防止超挖和欠挖。

②少糾偏，特別是大量值的糾偏

在盾構(gòu)機(jī)穿越前，對控制網(wǎng)及井下、隧道內(nèi)的測量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測。在確認(rèn)無誤的情況下，盾構(gòu)機(jī)根據(jù)測得的姿態(tài)，將軸線誤差調(diào)整到小于10mm，以準(zhǔn)確的姿態(tài)進(jìn)入穿越基礎(chǔ)的推進(jìn)。推進(jìn)過程中，每50cm測量一次盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)偏差，操作人員根據(jù)偏差及時調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)方向，盡可能減少糾偏，特別是要杜絕大量值糾偏，從而保證盾構(gòu)機(jī)平穩(wěn)地穿越。

③同步注漿采用可硬性漿液

采用可硬性漿液進(jìn)行同步注漿，漿液24小時強(qiáng)度達(dá)0.1MPa。通過同步注漿控制地層變形，及時穩(wěn)定管片，改善管片受力條件，有利于推進(jìn)方向的控制，確保結(jié)構(gòu)在列車震動和7°地震下不液化。

④盾構(gòu)穿越后的補(bǔ)壓漿及必要的跟蹤注漿

在盾構(gòu)穿越后，對沉降點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)地觀察，尤其是穿越后的一個月內(nèi)。將根據(jù)土體重新固結(jié)引起的沉降量，在隧道內(nèi)進(jìn)行后期補(bǔ)壓漿，必要時從地面鉆孔進(jìn)行跟蹤注漿，以確保結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固。

7 監(jiān)控量測措施

表3 人工監(jiān)測儀器、精度及頻率

7.1 盾構(gòu)施工過程監(jiān)測措施

（1）在施工過程中，采用測量機(jī)器人對工程施工影響范圍內(nèi)既有地鐵車站結(jié)構(gòu)、道床進(jìn)行全自動化監(jiān)測，同時采用人工監(jiān)測進(jìn)行檢核，監(jiān)測儀器、精度及頻率見下表：

（2）施工時進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況加強(qiáng)監(jiān)控量測，提高監(jiān)測的數(shù)量及頻率，根據(jù)監(jiān)測反饋信息，及時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)并分析監(jiān)測結(jié)果，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)并調(diào)整施工參數(shù)。

7.2 加強(qiáng)對既有線軌道及結(jié)構(gòu)的保護(hù)

（1）施工前應(yīng)對軌道幾何尺寸、道床裂縫、鋼軌及線路狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，對不符合要求地段進(jìn)行整修；

（2）對受上跨影響地段的軌道采取防脫軌護(hù)軌、軌距拉桿等軌道加強(qiáng)措施；

（3）加強(qiáng)對穿越段2號線區(qū)間既有結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的調(diào)查，對既有結(jié)構(gòu)的裂縫應(yīng)進(jìn)行處理，危險(xiǎn)地段應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固；

8 結(jié)語

盾構(gòu)機(jī)上跨既有地鐵線路施工前期準(zhǔn)備（尤其是既有地鐵線路情況摸排的越細(xì)越好）非常重要，合理的掘進(jìn)施工參數(shù)是基前提條件，施工監(jiān)測和施工掘進(jìn)配合是關(guān)鍵，應(yīng)急預(yù)案是穿越風(fēng)險(xiǎn)控制的根本保障。